衡水湖滲漏量計算分析

馬曉琳

（河北省衡水水文勘測研究中心，河北 衡水 053000）

衡水湖濕地位于華北平原， 位于衡水市桃城區(qū)和冀州市兩個區(qū)縣交界處， 是自然與人工共同作用下形成的復(fù)合濕地。 衡水湖泊面積75km2，以人工隔堤為界， 將湖區(qū)分為東、 西兩個湖區(qū)， 東湖面積42.5km2，西湖面積32.5km2，其中東湖又分北部東大湖和南部東小湖， 面積分別為32.3km2和10.1km2，目前只有東湖常年蓄水。 本文以北部東大湖面積32.3km2作為研究水量平衡的區(qū)域。

計算滲漏量一般采用達(dá)西定律，涉及到滲透系數(shù)、水力坡度等大量的水文地質(zhì)問題，需要搞清衡水湖湖底、周邊圍堤的土壤巖性、地下水位等一系列實際數(shù)據(jù)，由于缺少資料及時間的限制，本文不能準(zhǔn)確用達(dá)西公式計算滲漏量。 采用水量平衡計算滲漏量，邏輯思維清楚，物理概念詳細(xì)，各項數(shù)值容易獲取，計算成果準(zhǔn)確可靠，因此本文采用水量平衡法計算2019—2020年的滲漏損失量，建立月平均水位～滲漏量相關(guān)關(guān)系， 并運用計算成果進(jìn)行合理性分析。

1 計算

1.1 降水量

衡水湖的降水量采用位于滏東排河的冀州站和衡水湖站為代表站， 利用2019—2020兩年二站降水資料計算所得衡水湖的降水補充量。 計算公式：

式中 PA，i為衡水湖第i月的降水補充量（萬m3）；P冀縣，i為冀縣站第i月降水量（mm）；P衡水湖，i為衡水湖站第i月降水量（mm）；A為衡水湖籠罩面積（km2）。

衡水湖降水受到季節(jié)變化的影響很大， 夏季降水多，冬季降水少，降水量計算結(jié)果如表1。

表1 衡水湖2019～2020年逐月滲漏量單位：萬m3

續(xù)表1

1.2 蒸發(fā)量

衡水湖的蒸發(fā)量采用衡水湖附近的衡水湖實驗站的資料， 利用標(biāo)準(zhǔn)的E—601蒸發(fā)器計算水面蒸發(fā)量，水面面積通過衡水湖的水位～面積關(guān)系表查出， 由公式計算出衡水湖2019—2020年蒸發(fā)損失量。

式中 Ei為衡水湖第i月蒸發(fā)損失量（萬m3）；E實驗站，i為實驗站第i月蒸發(fā)量（mm）；Ai為第i月水面面積（km2）。

衡水湖的蒸發(fā)量受到季節(jié)的影響變化很大，最大蒸發(fā)量出現(xiàn)在5—7月份，最小蒸發(fā)量出現(xiàn)在12—2月份。 蒸發(fā)量計算結(jié)果如表1。

1.3 入湖量與出湖量

近年來，衡水湖一直靠引黃水量來補充水量，衡水湖水源主要靠黃河水、岳城水庫水、衛(wèi)運河水，靠“衛(wèi)千引水”“引黃入冀”工程來引蓄水量。 2019年衡水湖通過位山線引黃入冀王口站及渠村線引黃入冀補淀南關(guān)（大庫）站進(jìn)行生態(tài)補水，2020年衡水湖通過位山線引黃入冀王口站進(jìn)行生態(tài)補水， 補水詳情如表1。

衡水湖本身水量不足，其下泄量很少，2019，2020年并未進(jìn)行下泄。 衡水湖多年來的用水量主要為電廠用水， 隨著南水北調(diào)的發(fā)展，2019，2020年電廠用水已經(jīng)不依靠衡水湖水量。 2019—2020年出水量主要為周邊農(nóng)業(yè)用水與養(yǎng)魚池用水，用水量很小，可忽略不計。

1.4 槽蓄量

衡水湖槽蓄量由衡水湖的水位庫容曲線表得出， 為次月月初水位與當(dāng)月月初水位相應(yīng)的蓄水量差值，正值為增加，負(fù)值為減少。

1.5 滲漏量

根據(jù)水量平衡原理， 由公式計算衡水湖逐月滲漏量，計算結(jié)果如表1。

式中 W滲，i為衡水湖每個月的滲漏量（萬m3）；W入，i為衡水湖每個月的入湖量（萬m3）；PA，i為衡水湖每個月降水量（萬m3）；Ei為衡水湖每個月蒸發(fā)量（萬m3）；W槽，i為衡水湖每個月槽蓄變量（萬m3）。

2 滲漏量與月平均水位關(guān)系分析

通過計算分析，衡水湖的降水量、蒸發(fā)量、入湖量及槽蓄變量都直接影響衡水湖的水位變化， 蒸發(fā)與降水都直接受到氣象因素的影響， 滲漏量與水位和氣象因素有直接關(guān)聯(lián)， 因此可以建立以氣象因子為參數(shù)的衡水湖與月平均水位相關(guān)關(guān)系， 建立滲漏量的相關(guān)公式。 相關(guān)關(guān)系如圖1、圖2。

圖1 3～10月衡水湖月均水位～月滲漏量相關(guān)關(guān)系

圖2 11～2月衡水湖月均水位～月滲漏量相關(guān)關(guān)系

其中3～10月份相關(guān)公式為：

W滲，i=48.974Zi-868.59

11～2月份相關(guān)公式為：

W滲，i=6.437Zi-67.115

式中 W滲，i為衡水湖每個月滲漏量；Zi為衡水湖每個月的月平均水位。

3 合理性檢驗

2020年王永亮完成的《衡水湖水位影響因子機理分析與預(yù)測預(yù)警研究》論文中，利用Man-Kendall趨勢檢驗法對2018年衡水湖滲漏量進(jìn)行詳細(xì)計算，計算結(jié)果為1110萬m3。利用本文推出的月平均水位～月滲漏量公式計算每個月的滲漏量， 計算出年滲漏量1180萬m3，兩者的相對誤差6.35%，在誤差范圍內(nèi)推求的計算公式合理。

4 結(jié)語

（1）本文依據(jù)水量平衡原理對衡水湖2019，2020年的滲漏量進(jìn)行了計算， 并推導(dǎo)出了以氣象因子為參數(shù)的月平均水位與月滲漏量的相關(guān)關(guān)系， 從式中可以看出， 衡水湖受到氣候的變化較大，11—2月份與3—10月份呈現(xiàn)不同的變化趨勢，但水位與滲漏量均呈正向關(guān)系。

（2）利用水量平衡法計算滲漏量，存在相對較大誤差，通過分析計算可知，計算過程中，每項的計算誤差都會累計到滲漏量中。 2019—2020年已經(jīng)減少了電廠用水量， 且并未計算附近小的農(nóng)業(yè)用水與養(yǎng)魚池用水，這樣會對滲漏量計算造成誤差。如何提高計算精度，有待于進(jìn)一步計算。

（3）衡水湖滲漏量是補充地下水的一項重要因素，水位越高滲漏量越大，引水可以提升水位，有效增大滲漏量，從而有效緩解地下水位。衡水湖的滲漏量計算對于保護(hù)、利用、研究衡水湖濕地環(huán)境具有重要的理論和實踐意義。